辽宁工程技术大学
电力系统继电保护综合训练一
设计题目方向性电流保护的建模与仿真
指导教师刘健辰
院（系、部）电气与控制工程学院
专业班级电网13—1班
学号1305080116
姓名苏小平
日期2017/01/05
智能电网系综合训练标准评分模板
电力系统继电保护析综合训练一 任务书
本次综合训练目的在于通过对双侧电源电力系统的方向电流保护的建模与仿真，巩固和运用所学到的方向电流保护理论知识，掌握Matlab 仿真软件的使用方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
双侧电源电力系统结构图如下：
系统基本参数如下，线路长度和短路点位置见后面的班级数据表。
电源：o 11510kV M E =∠ ,o 1050kV N E =∠ ,o ,,0.22673.13s M s N Z Z ==∠Ω 线路：LGJ-240/40型架空线，单位正序阻抗o 10.45173.13/km z =∠Ω。
设计要求：
利用Matlab/Simulink 建立仿真模型，完成仿真计算，分析仿真结果。
设计说明书内容：
1、 任务书
2、 电网相间短路的方向电流保护原理
3、 利用Matlab/Simulink 建立仿真模型
4、 设置故障，完成仿真计算
5、 分析仿真结果
6、
重新设置两侧电源参数，分析对方向电流保护的影响
说明：1）1~7组每组3人；第8组4人。
2）将自己姓名填入表中
目录
一、综合训练目的 (1)
二、电网相间短路的方向电流保护原理 (1)
三、中性点不接地系统故障特征 (1)
四、仿真 (1)
（1）、仿真模型 (2)
（2）、设置故障、观察故障特征 (2)
五、结果分析 (3)
六、重新设置两侧电源参数，分析对方向电流保护的影响 (3)
参考文献 (4)
一、综合训练目的
本次综合训练的目的在于通过对双侧电源电力系统电网相间短路的方向电流保护的保护原理的了解，通过MATLAB 进行建模与仿真，巩固和运用所学到的方向电流保护理论知识，掌握MATLAB 仿真软件的使用方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
二、电网相间短路的方向电流保护原理
在双侧电源供电的网络中，利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。
方向性电流保护利用短时功率方向的特征，当短路功率由母线流向线路时表明故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向，允许保护动作。
反之，不允许保护动作。
用短时功率方向的特征解决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。
相间短路的三段式电流保护，利用短路故障时电流显著增大的故障特征形成判据构成保护，其中速断保护按照躲开本线路末端最大短路电流整定，保护本线路的一部分，
max 1kB I
rel I act I K I =
限时速断保护按照躲开下级速断保护末端短路整定，保护本线路全长，
11.1111set rel set I K I ⋅=
过电流保护按照躲开最大负荷电流作本线路和相邻线路短路时的后备保护，
re
L ss rel re re set
K I K K K I I
max
.111'111=
= 而方向电流保护，既利用故障时电流幅值变大的特征，又利用电流与电压间相角特征，在短路功率的流动方向正是保护应该动作的方向，并且电流幅值大于整定值时，保护动作跳闸，适用于多端电源网络。
三、中性点不接地系统故障特征 1）故障相接地电压为0。
2）非故障相电压升高为线电压。
3）三相之间线电压基本不变。
四、仿真
（1）、仿真模型
图1 短路故障模型
（2）、设置故障、观察故障特征
经查阅资料，针对中性点不接地系统，发生短路时故障特征。
利用MATLAB/sinmulink 软件建模，分别设置了不同的故障类型，观察故障发生时系统的电压、电流，故障相电压、电流的变化。
仿真结果如下：
以A 相接地短路为例：
图2 A 相接地电压、电流
由图2可知，s t 02.0=时故障发生，故障点处电压变为0，接地电流幅值大概为2800A ，在s t 08.0=时故障切除，接地电流变为0A ，A 相故障点处的电压变为相电压。
A B C
A
B
C
A B C Three-Phase Fault
A B C a b c Vabc Iabc B C a
b c A B C A B C
A B C
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
4
Ub: Three-Phase Fault/Fault A
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Ib: Three-Phase Fault/Fault A
图3 母线M 三相电压
图4 母线M 三相电流
设置A 相接地短路故障，系统母线A 所测得的三相电压如图3，从图中可看出，故障相A 相电压为0，非故障相电压变为原相电压3倍，母线A 所测得的三相电流如图4，从图中可看出，三相电流基本不变。
五、结果分析
对于中性点非接地系统，当发生A 相接地短路时，故障处电压为0，非故障相电压升为原相电压的3倍，三相电流基本不变，因此三相设备可以在短时间正常运行。
仿真结果与理论分析相吻合。
六、重新设置两侧电源参数，分析对方向电流保护的影响
改变左侧电源参数，设置为KV E M ︒∙
∠=30115,仿真结果如图5，6所示。
图5 母线M 三相电压
图6 母线M 三相电流
方向电流保护既利用了电流的幅值特征，又利用了电压电流的相位关系作为判据。
通过改变左侧电源参数将电源相位由10°变为30°。
通过仿真结果图5、图6与图3、图4进行对比，可以看出电压、电流的相位发生了明显变化。
由此可知，改变电源的相角就可以改变电压、电流的相角。
因此得出如下下结论：
一般的功率方向继电器当输入电压和电流的幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随两者相位差的大小而改变，为了在最常见的短路情况下使方向元件动作最灵敏。
采用上述接线的功率方向元件应做成最大灵敏角为︒==60k sen ϕϕ。
又为了保证当短路点有过度电阻、线路阻抗角k ϕ在︒︒90~0范围内变化情况下正方向故障时，继电器都能可靠动作。
参考文献
[1] 张保会，尹项根.电力系统继电保护-2版.北京：中国电力出版社，2009.12 [2] 孟祥萍，高嬿.电力系统分析-2版.北京:高等教育出版社，2010.12 [3] 黄家裕，孙德昌.电力系统数字仿真[M].北京：中国电力出版社，2003. [4] 李光琦.电力系统暂态分析[M].2版.北京：中国电力出版社，2003.。